DE102020007892A1 - Foamed, elastic, protein-based product, method for producing such products, in particular extruded meat analogues based on plant proteins and plant fibers, device for carrying out such a method and use of the product for producing meat analogues based on plant proteins - Google Patents
Foamed, elastic, protein-based product, method for producing such products, in particular extruded meat analogues based on plant proteins and plant fibers, device for carrying out such a method and use of the product for producing meat analogues based on plant proteins Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Produkt mit Schaumstruktur mit eingestelltem Verhältnis von zur Produktoberfläche hin offenen zu geschlossenen Gasporen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren mit vier erfindungsgemäßen Ausführungsvarianten zur definierten mechanischen Öffnung geschlossener Schaumporen. Die Erfindung betrifft ausserdem eine Vorrichtung mit vier erfindungsgemäßen Ausführungsvarianten zur definierten mechanischen Öffnung geschlossener Schaumporen. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung erfindungsgemäß gestalteter Produkte als Fleischanaloge oder pflanzenprotein-basierte texturierte, mehrphasige Lebensmittel, insbesondere Gemüse- oder Obstcomposite. Besondere Vorteile der Erfindung betreffen die gezielte Einflussnahme auf die Deformations- und Textureigenschaften geschäumter Produkte sowie deren Zugänglichkeit von aussen für eine einfach und schnell vorzunehmende Füllung der offenen Poren mit Fluidsystemen, welche zusätzliche Funktionalitäten in das Produkt einbringen. The invention relates to a product with a foam structure with a set ratio of open to closed gas pores towards the product surface. Furthermore, the invention relates to a method with four embodiment variants according to the invention for the defined mechanical opening of closed foam pores. The invention also relates to a device with four design variants according to the invention for the defined mechanical opening of closed foam pores. Furthermore, the invention relates to the use of products designed according to the invention as meat analogs or plant protein-based textured, multi-phase foods, in particular vegetable or fruit composites. Particular advantages of the invention relate to the targeted influencing of the deformation and texture properties of foamed products and their accessibility from the outside for easy and quick filling of the open pores with fluid systems, which introduce additional functionalities into the product.
Description
Die Erfindung betrifft ein geschäumtes, elastisches, protein-basiertes Produkt.The invention relates to a foamed, elastic, protein-based product.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Produktes, mit definiert eingestelltem Porenöffnungsgrad.Furthermore, the invention relates to a method for producing such a product with a defined degree of pore opening.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention.
Schließlich betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Produktes als Hauptkomponente zum Herstellen von Pflanzenprotein basierten Fleischanalogen.Finally, the invention relates to the use of the product according to the invention as the main component for producing meat analogs based on plant proteins.
Stand der TechnikState of the art
Viskose Massen können in Extrudern aufgeschäumt werden, in dem unter Atmosphären- oder Überdruck Gas zudosiert, gemischt/dispergiert und/oder unter Überdruck teilweise bis vollständig gelöst, nachfolgend durch Druckentspannung wieder freigesetzt wird und in der viskosen Masse schaumbildend teilweise bis vollständig eingebunden bleibt /1,2/.Viscous masses can be foamed in extruders, in which gas is metered in under atmospheric or excess pressure, mixed/dispersed and/or partially or completely dissolved under excess pressure, is then released again by pressure relief and remains partially or completely incorporated in the viscous mass to form a foam /1 ,2/.
Eine weitere bekannte Möglichkeit bietet der Zusatz von Schäumungsmitteln, welche in Folge chemischer/physikochemischer und/oder thermischer Reaktion ein Gas bilden, welches ebenso unterstützt durch Misch/Dispergiervorgänge in die viskose Masse schaumbildend teilweise bis vollständig eingebunden wird. Entsprechende viskose Massen können synthetischer und/oder biologischer Natur sein bzw. auch aus Mischungen solcher bestehen und Basis oder Komponente von Produkten der Lebensmittel-, Kosmetik-, Pharma-, Baustoff-, oder Kunststoffindustrie sein. In Extrudern werden derartig geschäumte viskose Massen von den Extruderschnecken gefördert und durch eine Extruderdüse gepresst. Dabei erfolgt in Folge Verengung des Strömungsquerschnittes beim Übergang von Extrudergehäuse zur Extruderdüse ein statischer Druckaufbau, welcher in der Düse bei mehr oder weniger konstant gehaltenen Düsenquerschnitt über die dort herrschenden Strömungsschubspannungen infolge Wandreibung und innerer Fluidreibung, wieder bis auf Atmosphärendruck am Extruderdüsenaustritt abgebaut wird. Der Druckaufbau in der Düseneinlaufzone (vor Eintritt in die Düse) komprimiert das in den Schaumblasen eingeschlossene Gas und verkleinert damit die Schaumblasen, der Druckabbau in der Extruderdüse bis auf Austritts-Atmosphärendruck lässt das Gas in den Schaumblasen wieder expandieren und vergrößert damit die Schaumblasen. Größere Gasblasen lassen sich in der Düsenströmung gegenüber kleineren Gasblasen bei kleineren Strömungsspannungen deformieren und sofern eine kritische Spannung überschritten wird aufbrechen und somit in kleinere Blasen umwandeln.Another known possibility is the addition of foaming agents, which form a gas as a result of a chemical/physicochemical and/or thermal reaction, which is also partly or completely incorporated into the viscous mass with the aid of mixing/dispersing processes to form a foam. Corresponding viscous masses can be of a synthetic and/or biological nature or also consist of mixtures of such and can be the basis or component of products in the food, cosmetics, pharmaceuticals, building materials or plastics industries. In extruders, viscous masses foamed in this way are conveyed by the extruder screws and pressed through an extruder die. As a result of the narrowing of the flow cross section at the transition from the extruder housing to the extruder nozzle, a static pressure build-up takes place, which in the nozzle is reduced again to atmospheric pressure at the extruder nozzle outlet with the nozzle cross section being kept more or less constant via the flow shear stresses prevailing there as a result of wall friction and internal fluid friction. The pressure build-up in the die inlet zone (before entry into the die) compresses the gas trapped in the foam bubbles and thus reduces the size of the foam bubbles, the pressure reduction in the extruder die down to the outlet atmospheric pressure allows the gas in the foam bubbles to expand again and thus enlarges the foam bubbles. Larger gas bubbles can be deformed in the nozzle flow compared to smaller gas bubbles at lower flow stresses and, if a critical stress is exceeded, they can be broken up and thus converted into smaller bubbles.
In aller Regel ist angestrebt, dass aus der Extruderdüse ein definiert geformter Materialstrang austritt, da mittels der Extruderdüse auch typischerweise die Produktformgebung erfolgt. Häufig ist die Maßhaltigkeit solcher Produkte auch ein wichtiges Qualitätsmaß. Dies wird unter anderem dadurch erreicht, dass eine gleichmäßige laminare Strömung in der Düse realisiert wird, welche einer ebenen Schichtenströmung entspricht. Wird ein geschäumtes Fluidsystem in einer solchen Düsenströmung bewegt, herrscht in Folge des typischen parabolischen Strömungsprofils verstärkte Scherung des Fluidsystems an der Düsenwand, wohingegen in der Düsenkanalmitte keinerlei Scherung auftritt. Eine Quervermischung des derartig strömenden Fluidsystems erfolgt nicht (parallele Schichtenströmung), sofern der Düsenkanal keine Strömungshindernisse aufweist. Die maximale in der wandberührenden Fluidschicht vorliegende Wandschergeschwindigkeit (= Geschwindigkeit des betrachteten wandnahen Fluidfilms an seiner der Düsenkanalmitte zugewandten Seite dividiert durch die Fluidfilmdicke) bewirkt in aller Regel die Ausbildung einer wandnahen Grenzschicht. Sofern das Fluidsystem disperse Komponenten beinhaltet, werden diese in Folge der in der betrachteten wandnahem Fluidschicht wirksamen Wandschergeschwindigkeit in Rotation versetzt und erfahren durch diese eine dynamische Auftriebskraft (Liftforce), welche eine von der Wand weg in Düsenkanalmitte weisende Separation der dispersen Komponenten bewirkt. Dies gilt grundsätzlich für Feststoffpartikeln /3/ aber auch Gasblasen 141 und führt zu einer Verarmung der wandnahen Fluidschicht an ebensolchen dispersen Komponenten.As a rule, the aim is for a material strand with a defined shape to emerge from the extruder nozzle, since the product is also typically shaped by means of the extruder nozzle. The dimensional accuracy of such products is often also an important quality measure. This is achieved, among other things, by realizing a uniform laminar flow in the nozzle, which corresponds to a planar layered flow. If a foamed fluid system is moved in such a nozzle flow, there is increased shearing of the fluid system at the nozzle wall as a result of the typical parabolic flow profile, whereas no shearing occurs in the middle of the nozzle channel. Cross-mixing of the fluid system flowing in this way does not occur (parallel layered flow) provided the nozzle channel does not have any flow obstacles. The maximum wall shear rate present in the fluid layer in contact with the wall (= speed of the fluid film close to the wall under consideration on its side facing the center of the nozzle channel divided by the fluid film thickness) usually causes the formation of a boundary layer close to the wall. If the fluid system contains disperse components, these are set in rotation as a result of the wall shear rate effective in the fluid layer close to the wall under consideration and experience a dynamic buoyancy force (lift force), which causes the disperse components to separate away from the wall in the middle of the nozzle channel. This applies in principle to solid particles /3/ but also to gas bubbles 141 and leads to a depletion of the fluid layer close to the wall of such disperse components.
Bei der Extrusion von Fleischanalogen auf Pflanzenproteinbasis wird bevorzugt der Prozess des „High Moisture Extrusion Cooking (HMEC)“ eingesetzt. Dieser steht für eine unter hoher Temperatur (bis ca. 170°C) und hohen statischen Drücken (bis ca. 100 bar) erfolgende Extrusion unter Produkt-Wassergehalten von bis ca. 70 Gew.%. In einer unter diesen Konditionen erzeugten wässrigen Protein-Schmelze erfolgt Proteindenaturierung in Form sich bildender Proteinfibrillen, welche in der Extruderdüsen-Einlaufströmung in Folge dort wirksamer Dehnströmungsanteile in Strömungsrichtung orientiert und durch nachfolgende Abkühlung (auf ca. 60°C) in einer langen (≥ ca. 1 m) Extruder-Kühldüse in diesem orientierten Strukturzustand verfestigt werden. Das abgekühlte Produkt tritt bei typischerweise laminarer Düsenströmung als glatter Strang aus der Extruderdüse. Die orientierten Proteinfibrillen verleihen dem Produkt eine fleischartig faserige Textur /5/. In Folge der langsamen Abkühlung des Produktes in der Extruderdüse wird eine schlagartige Wasserdampfentspannung unterdrückt und die Strukturbildung somit nicht gestört.For the extrusion of meat analogues based on plant proteins, the “High Moisture Extrusion Cooking (HMEC)” process is preferably used. This stands for extrusion at high temperatures (up to approx. 170° C.) and high static pressures (up to approx. 100 bar) with product water contents of up to approx. 70% by weight. In an aqueous protein melt generated under these conditions, protein denaturation takes place in the form of protein fibrils that form, which in the extruder nozzle inlet flow in Oriented in the direction of flow as a result of elongational flow components that are effective there and solidified in this oriented structural state by subsequent cooling (to approx. 60° C.) in a long (≥ approx. 1 m) extruder cooling nozzle. In the case of typically laminar nozzle flow, the cooled product exits the extruder nozzle as a smooth strand. The oriented protein fibrils give the product a meaty, fibrous texture /5/. As a result of the slow cooling of the product in the extruder die, a sudden release of water vapor is suppressed and structure formation is therefore not disturbed.
Der Stand der Technik hinsichtlich HMEC Extrusionsverfahren zur Herstellung von pflanzenprotein-basierten Fleischanalogen wird beispielsweise in den Patentschriften
Die strukturierte pflanzliche Proteinzusammensetzung, die aus der Infusion mit einer wässrigen Flüssigkeit resultiert, weist vorzugsweise einen Wassergehalt von 70 Gew.-% bis 90 Gew.-% auf. Überraschenderweise kann die oben erwähnte Infusion durch eine wässrige Flüssigkeit verbessert werden (das heißt schneller ablaufen und/oder den Einbau von mehr Wasser ermöglichen), wenn das Extrudat zuerst eingefroren (und dann vor der Infusion aufgetaut) wurde. Vorzugsweise liegt die Gefriertemperatur unter -5°C und -15°C.“The structured vegetable protein composition resulting from infusion with an aqueous liquid preferably has a water content of from 70% to 90% by weight. Surprisingly, the above-mentioned infusion can be enhanced (i.e. drain more quickly and/or allow for incorporation of more water) by an aqueous liquid if the extrudate has been frozen first (and then thawed prior to infusion). Preferably the freezing temperature is below -5°C and -15°C.”
Die Mikroschäumung hochviskoser und viskoelastischer, teigartiger, Protein- und Nichtprotein-basierter Massen mittels Extrusionsverfahren wird in
Der Stand des Wissens zu Lebensmittel-Schaumsystemen wird beispielsweise in Peter J. Hailing & Pieter Walstra (1981) Protein-stabilized foams and emulsions, CRC Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 15:2, 155203, DPI: 10.1080 /1040839810952 7315 und in Ashley J. Wilson (1989) Foams: Physics, Chemistry and Structure; Springer-Verlag London, ISBN 978-1-4471-3809-9 beschrieben.The state of knowledge on food foam systems is, for example, in Peter J. Hailing & Pieter Walstra (1981) Protein-stabilized foams and emulsions, CRC Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 15:2, 155203, DPI: 10.1080 /1040839810952 7315 and in Ashley J Wilson (1989) Foams: Physics, Chemistry and Structure; Springer-Verlag London, ISBN 978-1-4471-3809-9.
Die Herstellung offenporiger Schäume ist aus der Kunststoff-/Schaumstoffindustrie bekannt (N. Mills (2007); Polymer Foams Handbook; Hardcover ISBN: 9780750680 691; Imprint: Butterworth-Heinemann).The production of open-pore foams is known from the plastics/foams industry (N. Mills (2007); Polymer Foams Handbook; Hardcover ISBN: 9780750680 691; Imprint: Butterworth-Heinemann).
Herkömmliche Extrusionsverfahren, insbesondere Kochextrusionsverfahren im Bereich von Lebensmittel, Baustoff und Tierfutteranwendungen realisieren eine nur in weiten Grenzen und nicht reproduzierbare Porenbildung durch schlagartige Verdampfung von Wasser/Lösungsmittel am Extruderdüsenaustritt. Dabei erfährt das Produkt (Extrudat) die Ausbildung einer schaumartigen Struktur, welche durch die schlagartige Verdampfung des Wassers infolge des Druckabfalls realisiert wird.Conventional extrusion processes, in particular cooking-extrusion processes in the field of food, building materials and animal feed applications, produce pores that are only reproducible within wide limits and are not reproducible due to the sudden evaporation of water/solvent at the extruder nozzle outlet. The product (extrudate) experiences the formation of a foam-like structure, which is realized by the sudden evaporation of the water as a result of the pressure drop.
Bei neueren Extrusions-/Kochextrusionsverfahren kann ein aufgeschäumtes Produkt auch mittels Gaszudosierung und Gasdispergierung bzw. Gaslösung und Renukleirung von Gasblasen zu einem in der Schaumstruktur besser kontrollierten Produkt führen. Allerdings sind solche Produkte typischerweise geschlossenporig und bilden bei der Durchströmung durch die Extruderdüse infolge der wandnahen maximalen Scherung eine weitgehend Schaumblasen-/Poren freie Hautschicht aus.In newer extrusion / extrusion-cooking processes, a foamed product can also be formed into one by means of gas metering and gas dispersion or gas dissolution and renucleation of gas bubbles Foam structure lead to better controlled product. However, such products typically have closed pores and, as they flow through the extruder nozzle, form a skin layer that is largely free of foam bubbles and pores due to the maximum shearing near the wall.
Für die Anwendungsfälle der Schaumextrusion ist es zur Einstellung der Produkteigenschaften essentiell die Schaumporenstruktur dahin gehend zu kontrollieren, dass das Verhältnis von geschlossenen und offenen Poren eingestellt werden kann.For foam extrusion applications, it is essential to control the foam pore structure in order to adjust the product properties in such a way that the ratio of closed and open pores can be adjusted.
Offene Poren ermöglichen die in bestimmten Anwendungsfällen, z.B. bei Instantprodukten eine gewünschte schnelle Aufnahme von Flüssigkeit durch Kapillarkräfte, geschlossene Poren sind wünschenswert bei Einstellung von möglichst niedriger Produktdichte, Erhalt eines schaumigen/cremigen Mundgefühls (Lebensmittel) oder Reduktion der Aufnahmegeschwindigkeit von Fluid (Schaumblasen als Stofftransportbarrieren).In certain applications, e.g. in instant products, open pores enable the desired rapid absorption of liquid by capillary forces, closed pores are desirable when setting the lowest possible product density, obtaining a foamy/creamy mouthfeel (food) or reducing the absorption rate of fluid (foam bubbles as mass transport barriers ).
Für eine bestimmte Palette an Produkten aus verschiedenen Anwendungsbereichen ist die Einstellbarkeit des Verhältnisses von geschlossenen zu offenen Poren wesentlich für die Ausprägung bestimmter Qualitätsmerkmale. Typische Beispiele dafür sind Fischfutterpellets welche in ihrer Sinkgeschwindigkeit bzw. in ihrem Schwimmverhalten auf bestimmte Fischspezies, welche typischerweise ihre Futteraufnahme vom Grund des Gewässers (aus der Schwebe in bestimmter Gewässertiefe oder schwimmend von der Oberfläche) aufnehmen.For a certain range of products from different areas of application, the adjustability of the ratio of closed to open pores is essential for the development of certain quality features. Typical examples of this are fish feed pellets which, in terms of their rate of sinking or their swimming behavior, point to certain species of fish, which typically take up their feed from the bottom of the water body (from floating at a certain water depth or swimming from the surface).
Keine industriell relevante Lösung liegt bislang vor für Lebensmittelprodukte mit hohem Gehalt an gebundenen Wasser, wie beispielsweise pflanzenproteinbasierte Fleischanaloge, die bis zu > 60% an intermolekularer Wasserbildung aufweisen, um solche einerseits durch definiert einstellbare (i) Mikroschaumbildung und (ii) Verhältnis offener zu geschlossenen Schaumporen in ihrer Konsistenz und damit textursensorisch zu optimieren und andererseits ein einstellbares zusätzliches, insbesondere produktionsrelevant schnelles (Sekundenbereich) Fluidaufnahmevermögen zu realisieren, um z.B. Saftigkeit und bestimmte Weiterbehandlungseigenschaften in z.B. Bratprozessen/Grillprozessen sowie Geschmack-/Aroma und nutritive Funktionalitäten zu optimieren.So far, there is no industrially relevant solution for food products with a high content of bound water, such as plant protein-based meat analogues, which have up to > 60% intermolecular water formation, in order to close such on the one hand through defined adjustable (i) microfoam formation and (ii) ratio more open To optimize the consistency of the foam pores and thus to optimize the sensory texture and, on the other hand, to realize an adjustable, additional, particularly production-relevant, rapid (second range) fluid absorption capacity in order to optimize e.g. juiciness and certain further processing properties in e.g.
Aufgabentasks
Der Erfindung liegt zunächst die Aufgabe zugrunde, ein geschäumtes Produkt, mit hohem gebundenen Wasseranteil, im Falle extrudierter Fleischanalogie basierend auf einer konzentrierten Pflanzenproteinschmelze mit > 30 Gew.% Pflanzenproteinanteil und > 5 Gew. % Pflanzenfaseranteil sowie einem Gasvolumenanteil im Endprodukt von > 10 Vol.% zu schaffen, wobei das Gasvolumen in Form von Poren/Blasen vorliegt, welche zu einem einstellbaren Anteil als zur Produktoberfläche hin offene Poren vorliegen sollen, um z.B. eine beschleunigte weitere Flüssigkeitsaufnahme, mit in dieser Flüssigkeit beinhalteten sensorisch und/oder nutritiv relevanten Komponenten in das Produkt zu gewährleisten.The invention is initially based on the object of producing a foamed product with a high bound water content, in the case of extruded meat analogy based on a concentrated vegetable protein melt with > 30% by weight vegetable protein content and > 5% by weight vegetable fiber content and a gas volume content in the end product of > 10 vol. % to create, whereby the gas volume is in the form of pores/bubbles, which should be present in an adjustable proportion as pores open to the product surface, e.g. to accelerate further liquid absorption, with sensory and/or nutritionally relevant components contained in this liquid in the to ensure product.
Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem sich derartige Produkte herstellen lassen.Furthermore, the invention is based on the object of providing a method with which such products can be produced.
Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende, das Verfahren ermöglichende Vorrichtung bereitzustellen.In addition, the invention is based on the object of providing a corresponding device that enables the method.
Schließlich besteht die Aufgabe ein derartiges Produkt, beispielsweise zum Herstellen von pflanzenprotein-basierten Fleischanalogen/Fleischalternativen, zu verwenden.Finally, there is the object of using such a product, for example for the production of plant protein-based meat analogs/meat alternatives.
Lösung der Aufgabe betreffend ein ProduktSolution of the task concerning a product
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This problem is solved by the features of
Einige VorteileSome advantages
Die erfindungsgemäßen neuen, geschäumten Produkte lassen über die Einstellung des Schaumporenöffnungsgrades eine gekoppelte Einstellung bestimmter sensorischer und nutritiver Attribute als „intrinsische“ Eigenschaften dieser Produkte zu, welche für herkömmliche Produkte dieser Kategorie bislang nicht oder in geringem Umfang nur durch Zusatzprodukte (Saucen, Toppings etc.) erzielt werden konnten. Im Falle geschäumter, pflanzenproteinbasierter Fleischanaloge werden somit die für den Konsumenten massgeblichen (a) sensorischen Qualitätsattribute: Zartheit, Saftigkeit, Knusprigkeit, Fleischgeschmack/Aroma, (b) nutritiven Funktionalitäten (z.B. durch Einbringung von bioverfügbarem Eisen sowie B-Vitaminen) sowie (c) Convenience Eigenschaften durch Ermöglichung bzw. Verbesserung der Koch-, Brat- und Grillfähigkeit, in abstimmbar einzustellender Weise verfügbar gemacht.The new, foamed products according to the invention allow a coupled adjustment of certain sensory and nutritional attributes as "intrinsic" properties of these products by adjusting the degree of opening of the foam pores, which for conventional products of this category have not been possible to date or only to a small extent through additional products (sauces, toppings, etc.). ) could be achieved. In the case of foamed, plant protein-based meat analogs, the masses for the consumer are thus usual (a) sensory quality attributes: tenderness, juiciness, crispiness, meat taste/aroma, (b) nutritional functionalities (e.g. by introducing bioavailable iron and B vitamins) and (c) convenience properties by enabling or improving the cooking, roasting and grillability made available in a tunable manner.
Die Schaumstrukturbildung in einem hochviskosen bis halbfesten Produkt lässt dessen mechanisches Verhalten massgeblich in Richtung eines leichter deformierbaren/weicheren Materials beeinflussen. Bei solchen Produkten im Lebensmittelbereich wie sie beispielsweise extrudierte, geschäumte pflanzenproteinbasierte Fleischanaloge darstellen, würde man eine weniger kompakte, harte bzw. „zartere“ Konsistenz durch Aufschäumen konstatieren. Sofern es sich um (A) ein geschlossenporiges Schaumsystem handelt, trägt die Kompressibilität des in den Poren eingeschlossenen Gases zum Deformationsverhalten des Schaumproduktes bei. Die elastische Rückdeformation wird bei Wegnahme einer deformierenden Kraft durch die Rückexpansion des in den Poren eingeschlossenen Gases unterstützt, bei hohem Gasvolumenanteil auch dominiert. Bei (B) offenporigen Schäumen kann das in den Poren befindliche Gas bei Deformation der Schaummatrix, abhängig von der Porengröße mehr oder weniger schnell entweichen. Damit dominiert das Deformationsverhalten des die Schaumlamellen bildenden Matrixmaterials das makroskopische Deformationsverhalten des Schaumproduktes.The formation of a foam structure in a highly viscous to semi-solid product significantly influences its mechanical behavior in the direction of a more easily deformable/softer material. In the case of such products in the food sector, such as extruded, foamed meat analogues based on plant proteins, a less compact, hard or “tender” consistency would be observed as a result of foaming. If (A) is a closed-pore foam system, the compressibility of the gas enclosed in the pores contributes to the deformation behavior of the foam product. When a deforming force is removed, the elastic reverse deformation is supported by the reverse expansion of the gas enclosed in the pores, and also dominates with a high proportion of gas volume. In the case of (B) open-pore foams, the gas in the pores can escape more or less quickly when the foam matrix deforms, depending on the pore size. The deformation behavior of the matrix material forming the foam lamellae thus dominates the macroscopic deformation behavior of the foam product.
Bei geschäumten Lebensmitteln, welche einer maßgeblichen Deformationen durch Beißen und Kauen beim Verzehr derselben unterzogen werden, verstärkt eine geschlossene Schaumporenstruktur (A) die sensorischen Textureindrücke (i) Zartheit (tendemess) aber auch (ii) Gummiartigkeit (gumminess) im Falle fester Strukturen der die Gasblasen umgebenden Schaumlamellen sowie (iii) Kremigkeit (creaminess) im Falle fluider Schaumlamellen Eigenschaften.In the case of foamed foods, which undergo significant deformation by biting and chewing when consumed, a closed foam pore structure (A) enhances the sensory texture impressions of (i) tenderness (tendemess) but also (ii) gummyness (gumminess) in the case of solid structures of the die Foam lamellae surrounding gas bubbles and (iii) creaminess (creaminess) in the case of fluid foam lamellae properties.
Offen-poröse, schwammartige Schaumstrukturen (B) lassen die sensorischen Texturattribute (iv) Knusprigkeit (crunchyness) aber auch (v) Sprödigkeit (brittleness) bei festen Schaumlamelleneigenschaften in den Vordergrund treten. Der Fall fluider Schaumlamelleneigenschaften ist bei offenporigen Produktsystemen irrelevant, da ein Zerfliessen des Matrixmaterials zu einem Schaum mit geschlossenen Poren führt.Open-porous, spongy foam structures (B) allow the sensory texture attributes (iv) crunchyness but also (v) brittleness to come to the fore with firm foam lamellar properties. The case of fluid foam lamellar properties is irrelevant for open-pored product systems, since deliquescence of the matrix material leads to a foam with closed pores.
Bei definiert geschäumten Matrices von pflanzenprotein-basierten Fleischanalogen, welche eine feste Struktur der die Gasblasen umgebenden Schaumlamellen aufweisen, adressieren die Konsumentenwünsche/Konsumentenvorstellungen als sensorische Texturattribute insbesondere Fasrigkeit (fibrousness) verbunden mit Zartheit (tendemess) sowie als weitere wichtige Attribute Saftigkeit (juiciness) und Knackigkeit/Biss/Knusprigkeit (crunchiness), oft auch im Kontext zu bestimmten Zubereitungsverfahren (z.B. Kochen, Braten, Grillen).In the case of defined foamed matrices of plant protein-based meat analogues, which have a fixed structure of the foam lamellae surrounding the gas bubbles, consumer wishes/consumer ideas address sensory texture attributes in particular fibrousness combined with tenderness (tendemess) and other important attributes juiciness and Crispness/bite/crispness (crunchiness), often in the context of certain preparation methods (e.g. boiling, roasting, grilling).
Im Falle solcher geschäumten Fleischanalog-Produkte mit zumindest teilweise offenen Poren lassen sich deren sensorische, nutritive und die Zubereitungs-Convenience betreffenden Eigenschaften maßgeblich dadurch erweitern, dass die Poren des geschäumten Basisproduktes mit funktionellen oder funktionalisierten Fluiden teilweise oder vollständig gefüllt werden, wobei solche Fluide nach Porenbefüllung auch verfestigen können. Mittels derartiger „Fluidfüllungen“ der offenporigen Fleischanalogen lassen sich bestimmte Geschmack und Aroma bezogene sensorische und/oder auch nutritive Produkteigenschaften sowie gegebenenfalls die Produktstabilität über konservierende Komponenten optimieren.In the case of such foamed meat analog products with at least partially open pores, their sensory, nutritional and preparation convenience properties can be significantly expanded in that the pores of the foamed base product are partially or completely filled with functional or functionalized fluids, with such fluids after Pore filling can also solidify. By means of such "fluid fillings" of the open-pored meat analogues, certain taste and aroma-related sensory and/or nutritional product properties and, if necessary, the product stability can be optimized via preserving components.
Die Befüllung offener Poren kann beispielsweise durch Kapillarkräfte erfolgen, welche bei abgestimmten Benetzungseigenschaften der Füllfluidphase in Folge der Ausbildung eines kapillaren Unterdruckes das Fluid einsaugen lassen. Da sich derartige Kapillarkräfte umgekehrt proportional zum Porendurchmesser verhalten, sind kleine Porendurchmesser im Bereich ≤ ca. 500 Mikrometer zu bevorzugen.The filling of open pores can take place, for example, by capillary forces which, given coordinated wetting properties of the filling fluid phase, allow the fluid to be sucked in as a result of the formation of a capillary negative pressure. Since such capillary forces are inversely proportional to the pore diameter, small pore diameters in the range of ≦approx. 500 micrometers are to be preferred.
Der Erfindungsgegenstand legt eine wie vorab beschriebene HMEC Technologie zur bevorzugten Herstellung von pflanzenprotein-basierten Fleischanalogen zu Grunde, wobei diese Technologie maßgeblich ergänzt wird durch Kombination mit einem Mikro-Schäumungsprozess, welcher im Extruder erfolgt und in vergleichbarer Weise, bezogen auf die Herstellung geschäumter Backwaren in 121 beschrieben wurde. Dabei wird eine definiert dosierte Gasmenge (z.B. N2, CO2) in der wässrigen Proteinschmelze im Extruder unter dem dort eingestellten hohen Druck zunächst gelöst und anschliessend unter Druckabsenkung in der Extruderkühldüse wieder entspannt. Dabei werden am Anfang der Extruderdüse Gasblasen nukleiert und im weiteren Verlauf der Düsenströmung unter fortschreitender Druckentspannung vergrössert und somit eine Schaumstruktur gebildet.The subject of the invention is based on an HMEC technology as described above for the preferred production of plant protein-based meat analogues, with this technology being significantly supplemented by a combination with a micro-foaming process, which takes place in the extruder and in a comparable manner, based on the production of foamed baked goods in 121 was described. A defined metered amount of gas (eg N 2 , CO 2 ) is first dissolved in the aqueous protein melt in the extruder under the high pressure set there and then expanded again with the pressure being reduced in the extruder cooling nozzle. Gas bubbles are nucleated at the beginning of the extruder nozzle and enlarged as the nozzle flow progresses with progressive pressure release, thus forming a foam structure.
Im Weiteren wird in der Beschreibung des vorliegenden Erfindungsgegenstandes von dieser Aufschäumtechnologie und deren Übertragbarkeit auf die Herstellung von somit geschäumten Fleischanalogen, hergestellt mittels HMEC Technologie, ausgegangen. Der produktbezogene Fokus des nachfolgend beschriebenen Erfindungsgegenstandes liegt auf den pflanzenprotein-basierten (geschäumten) Fleischanalogen, welche durch Einstellbarkeit des Verhältnisses von geschlossenen zu zur Produktoberfläche hin offenen Poren/Porenkanälen innovative Einstellmöglichkeiten sensorischer und nutritiver Produktcharakteristika von maßgeblicher Konsumentenrelevanz verfügbar machen. Furthermore, the description of the present subject matter of the invention is based on this foaming technology and its transferability to the production of meat analogues foamed in this way, produced using HMEC technology. The product-related focus of the subject matter of the invention described below is on the plant protein-based (foamed) meat analogues, which make available innovative adjustment options for sensory and nutritional product characteristics of significant consumer relevance through the adjustability of the ratio of closed to the product surface open pores/pore channels.
Die bei der Herstellung von Fleischanalogen beginnende wandnahe Abkühlung des Produktstromes aus dem HMEC Extruder am Eintritt in die Extruderdüse lässt unter dem dort noch herrschenden hohen Druck und der in Düsenwandnähe bereits merklich abgesenkten Temperatur (von typischerweise ca. 140-160°C auf ca. 90°C) in Folge der bei tieferer Temperatur verbesserten Gaslöslichkeit weniger Schaumblasen in Düsenwandnähe entstehen.The cooling of the product flow from the HMEC extruder close to the wall at the entrance to the extruder nozzle, which begins during the production of meat analogues, allows under the still prevailing high pressure and the already noticeably lower temperature near the nozzle wall (from typically approx. 140-160°C to approx. 90 °C) as a result of the improved gas solubility at lower temperatures, fewer foam bubbles form near the nozzle wall.
Die (i) hohe Scherung der abkühlenden, geschäumten Proteinschmelze in Düsenwandnähe unterstützt zusätzlich zum benannten Effekt der (ii) verbesserten Gaslöslichkeit eine (iii) Gasblasenverarmung durch Strömungseffekte (dyn. Auftriebs-kräfte) in der Düsenwandzone. Die damit an Gasblasen teilweise bis gänzlich verarmte „Hautschicht“ des extrudierten geschäumten Fleischanalog-Stranges schirmt innere Schaumporen von der Umgebung ab. Da in Folge der typischerweise langsamen Produktabkühlung in bei der Fleischanalog-HMEC Extrusion verwendeten langen gekühlten Extruderdüsen am Düsenaustritt keine signifikante Restdruckentspannung mehr erfolgt, bleibt eine wie beschrieben gebildete Produkthautschicht geschlossen erhalten. Für die mikro-geschäumten Produkte bedeutet dies das Vorliegen eines geschlossenen Schaumporensystems.The (i) high shear of the cooling, foamed protein melt in the vicinity of the nozzle wall supports, in addition to the mentioned effect of (ii) improved gas solubility, a (iii) reduction in gas bubbles due to flow effects (dynamic buoyancy forces) in the nozzle wall zone. The "skin layer" of the extruded, foamed meat-analog strand, which is partially or completely depleted of gas bubbles, shields inner foam pores from the environment. Since, as a result of the typically slow product cooling in the long cooled extruder nozzles used in meat analog HMEC extrusion, there is no longer any significant residual pressure relaxation at the nozzle outlet, a product skin layer formed as described remains closed. For the micro-foamed products this means the existence of a closed foam pore system.
Für eine Mehrzahl von Anwendungen bzw. Produktendformaten ist es vorteilhaft, offene schwammartige Porensysteme zu erzeugen, welche in der Lage sind Flüssigkeiten durch nach außen geöffnete Poren in die poröse (schwammartige) Produktmatrix aufzunehmen. In solcher Form aufgenommene Fluide können mit der Matrixstruktur wechselwirken, Fluidcharakter beibehalten oder auch verfestigen bzw. teilverfestigen unter einzustellenden Rahmenbedingungen (z.B. Temperatur). Beispielsweise könnten für mit derartiger offenporiger Porosität ausgestattete Lebensmittelsysteme Flüssigkeiten aufnehmen, welche dem entsprechendem Lebensmittel Saftigkeit verleihen. Für Baustoffe entsprechender Porenstruktur könnten geeignete Fluidsysteme zur Imprägnierung verbesserte Beständigkeit gegen Schimmel-/Pilzbefall oder Schadinsekten bewirken. Für Anwendungen bei der Wundheilung kann entsprechend offenporig porös strukturiertes Abdeckmaterial mit Fluiden zur Desinfektion oder die Wundheilung fördernden Fluidkomponenten getränkt sein.For a number of applications or final product formats, it is advantageous to produce open, spongy pore systems which are able to absorb liquids into the porous (spongy) product matrix through outwardly open pores. Fluids absorbed in such a form can interact with the matrix structure, retain fluid character or solidify or partially solidify under the framework conditions to be set (e.g. temperature). For example, food systems equipped with such open-pored porosity could absorb liquids that impart juiciness to the food in question. For building materials with a corresponding pore structure, suitable fluid systems for impregnation could result in improved resistance to mould/fungus infestation or harmful insects. For applications in wound healing, covering material with a correspondingly open-pored, porous structure can be impregnated with fluids for disinfection or fluid components that promote wound healing.
Vor diesem Hintergrund besteht anwendungsspezifisch grosses Interesse in Extrusionsverfahren geschäumte Produktsysteme hinsichtlich ihrer Porenstruktur gezielt einzustellen.Against this background, there is great interest in adjusting the pore structure of foamed product systems in an application-specific manner in extrusion processes.
Demgemäss adressiert der erfindungsgemässe Gegenstand eine Technologie zur Einstellung des Verhältnisses von geschlossenen Poren/Blasen zu offenen zur Produktoberfläche hin geöffneten Poren/Porenkanälen. Mechanistisch kann dies grundsätzlich auch durch die Verbindung ursprünglich geschlossener Schaumblasen/Poren realisiert werden, sofern diese in definierter Weise zur Koaleszenz bzw. Ausbildung von Verbindungskanälen zwischen denselben sowie an die Produktoberfläche, ohne massgeblichen Verlust an Gesamtgasvolumenfraktion und Feinporigkeit, gebracht werden können.Accordingly, the subject of the invention addresses a technology for adjusting the ratio of closed pores/bubbles to open pores/pore channels that are open towards the product surface. In principle, this can also be achieved mechanically by the connection of originally closed foam bubbles/pores, provided that these can be brought to coalescence or the formation of connecting channels between them and to the product surface in a defined manner, without significant loss of total gas volume fraction and fine pores.
Erfindungsgemäß wird die Einstellung des Porenvolumenverhältnisses E = εOP/ε (εOP = Porosität der offenen Poren; ε = Gesamtporosität) einstellbar mittels verschiedener spezifischer Massnahmen in deren einzelner oder gekoppelter Anwendung erreicht. Diese erfindungsgemäßen Porenöffnungs-Technologien POTi sind Tabelle 1 zu entnehmen und werden nachfolgend detailliert beschrieben.
POT-1:POT-1:
Eine erfindungsgemäße in der Spaltweite Verstellbare SchlitzDüsen Apertur (VSDA) wird kurz vor Ende oder am Ende einer gegebenenfalls verkürzten Extruderschlitzdüse angeordnet und auf eine Position verengt, welche den statischen Druck vor Eintritt in den verengten Schlitzspalt auf einen Wert ≥ ca. 1.5-2 bar des nach Austritt aus dem Schlitzspalt herrschenden statischen Druckes, welcher typischerweise Atmosphären-druck ist, einstellen lässt. Der Extrudatstrang wird bei diesem erfindungsgemäßen Vorgehen nicht direkt am Düsenaustritt abgeschnitten, sondern erst ab einer Länge von 5-10 cm. Damit beträgt die kürzere Längendistanz zwischen der Extrusionsstrangmitte und dessen Oberfläche gegenüber der extrudierten Produktstranglänge bis zu Strangschneidervorrichtung ca. ≤ 1/2 - 1/6. Dies bewirkt erfindungsgemäß eine bevorzugte Gas-Druckentspannung in der Produktquerschnittsrichtung und somit zur Produktoberfläche hin. Dies ist begründet auf Grund des in dieser Richtung realisierten deutlich größeren Druckgradienten im Vergleich zu dem in der Strang-Längenrichtung herrschenden. Die Ausprägung der in der Druckentspannungsrichtung gebildeten Porenkanäle und deren Aufbruch nach Außen zur Extrusionsstrangoberfläche hin wird durch die rheologischen Eigenschaften des extrudierten Produktes zum Zeitpunkt des Austritts aus der Extruderdüse massgeblich mitbestimmt. Niedrigere Viskosität (bzw. Elastizität) erlaubt eine stärker ausgeprägte Materialdeformation unter Wirkung des Entspannungsdruckgradienten und einhergehend eine verstärkt ausgeprägte Porenkanalbildung.A slot nozzle aperture (VSDA) with adjustable slot width according to the invention is arranged shortly before the end or at the end of an extruder slot nozzle that may be shortened and narrowed to a position which reduces the static pressure before entry into the narrow slot slot to a value ≥ approx. 1.5-2 bar des after exiting the slot gap, the prevailing static pressure, which is typically atmospheric pressure, can be adjusted. In this procedure according to the invention, the strand of extrudate is not cut off directly at the die outlet, but only from a length of 5-10 cm. The shorter length distance between the middle of the extrusion strand and its surface compared to the length of the extruded product strand up to the strand cutting device is approximately ≦1/2-1/6. According to the invention, this brings about a preferred gas pressure relaxation in the product cross-sectional direction and thus towards the product surface. This is due to the significantly larger pressure gradient realized in this direction compared to that prevailing in the strand length direction. The characteristics of the pore channels formed in the direction of pressure release and their opening outwards towards the surface of the extruded strand is decisively determined by the rheological properties of the extruded product at the time it emerges from the extruder die. Lower viscosity (or elasticity) allows more pronounced material deformation under the effect of the relaxation pressure gradient and, as a result, more pronounced pore channel formation.
Die erfindungsgemäße Ausführung der Geometrie der verstellbaren Schlitzdüsen-vorrichtung (VSDA) ermöglicht eine unterschiedliche geometrische Formgebung des Strömungsquerschnittsverlaufes in Strömungsrichtung. Die Verengung ist erfindungsgemäß vorzugsweise abrupt (ca. 90°) ausgeführt, womit die Ausbildung einer Sekundärströmung des Extrusionsstrangfluids in der Zone der Wiederaufweitung des Strömungskanalquerschnittes forciert wird. In dieser Nachlauf-Sekundärströmungszone erfolgt eine deutliche Absenkung des statischen Druckes und andererseits die Erzeugung einer walzenartigen Sekundärströmung, welche eine Durchmischung des Strangfluids quer zu dessen Strömungsrichtung in Höhenrichtung des Schlitzdüsenkanals bewirkt. Die „von Innen nach Außen Kehrung“ des Extrusionsstrangmaterials hängt von der Intensität der Sekundärströmung und deren Rotationsfrequenz ab. Da sich das Strangmaterial kurz vor dem Düsenaustritt oder auch direkt an diesem befindet, besteht keine erneute Möglichkeit der Ausbildung einer geschlossenen Hautschicht auf dem Produktstrang, welche zum erneuten Porenverschluss führte. Somit erfolgt die Bildung von bleibenden zur Extrusionsstrangoberfläche hin offenen Poren/Porenkanälen.The design of the geometry of the adjustable slot nozzle device (VSDA) according to the invention enables a different geometric shaping of the course of the flow cross section in the direction of flow. According to the invention, the constriction is preferably abrupt (approx. 90°), which forces the formation of a secondary flow of the extrusion strand fluid in the zone of the widening again of the flow channel cross section. In this follow-on secondary flow zone, the static pressure is significantly lowered and, on the other hand, a roller-like secondary flow is generated, which causes the strand fluid to be mixed transversely to its direction of flow in the vertical direction of the slot nozzle channel. The "inside-out turn" of the extrusion strand material depends on the intensity of the secondary flow and its frequency of rotation. Since the strand material is located just before the nozzle exit or directly at it, there is no possibility of a renewed formation of a closed skin layer on the product strand, which would lead to renewed pore closure. This results in the formation of pores/pore channels that remain open towards the surface of the extrusion strand.
Die erfindungsgemäßen Produkte, hergestellt durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung machen neuartige, in ihrer Schaumstruktur definiert eingestellte Extrusionsprodukte verfügbar. Diese bilden eine praxisrelevante Basis für neuartige Produktentwicklungen:
- (a) mit eingestelltem Volumenverhältnis von offenen und geschlossenen Poren (Poren-Öffnungsgrad POG),
- (b) ohne Haut-/Randschichtbildung beim Durchströmen der Extruderdüse
- (c) mit einstellbaren Textureigenschaften (Zartheit, Knusprigkeit, Saftigkeit)
- (d) mit erweiterten Möglichkeiten der Geschmacks-/Aroma-/Wirkstoff-Optimierung durch in die offenen Poren aufgenommene Fluidsysteme, welche entsprechende Geschmacks-, Aroma- oder Wirkstoffkomponenten beinhalten, die den Extrusionsprozess nicht durchlaufen, deren Funktionalitätsverminderung damit vermeiden lassen und deren Freisetzung bei Anwendung (Verzehr und Verdauung bei Lebensmitteln, Einnahme von pharmazeutischen Produkten) über die offenen Porenkanäle) beschleunigen.
- (e) mit erweiterten Möglichkeiten zur „Instant-Produkt“ Herstellung, welche eine beschleunigte Benetzung und Dispergierung in Flüssigkeiten zulassen
- (a) with adjusted volume ratio of open and closed pores (pore opening degree POG),
- (b) without skin/surface layer formation when flowing through the extruder die
- (c) with adjustable texture properties (tenderness, crispiness, juiciness)
- (d) with extended possibilities of taste/aroma/active ingredient optimization through fluid systems incorporated into the open pores, which contain corresponding taste, aroma or active ingredient components that do not go through the extrusion process, thus avoiding their reduction in functionality and their release Accelerate application (consumption and digestion of food, intake of pharmaceutical products) via the open pore channels).
- (e) with expanded possibilities for "instant product" production, which allow accelerated wetting and dispersion in liquids
Weitere erfinderische AusgestaltungenMore inventive designs
Gemäß den Patentansprüchen 2 und 3 werden die Rahmenbedingungen für die Genauigkeit der Einstellung des Porenöffnungsgrades und des zu Grunde gelegten Gesamt-Gasporenvolumens im Produkt, welches eine offene Verbindung zur Produktoberfläche aufweisen bzw. erhalten soll, festgelegt. Die sich daraus ergebende Bandbreite von (i) minimal 10 Vol.% Gesamtgasanteil (in Porenform) zu davon 5% geöffnet, bis (ii) maximal 80 Vol.% Gesamtgasanteil (in Porenform) zu davon 90% geöffnet ist z.B. für geschäumte Fleischanaloge relevant, um im Fall (i) z.B. eine leichte Durchdringung mit intensiv würzenden Substanzen in Fluidform zu erreichen, und im Fall (ii) z.B. 72% des Produktvolumens mit einer Konsistenz/Textur gebenden gegebenenfalls im Nachgang zur Porenbefüllung erstarrenden Fluidphase homogen zu durchdringen. Im letzteren Fall resultierte in der Anwendung auf Fleischanaloge eine gerüstgebende Proteinstruktur mit z.B. veganer Pasteten/Wurstbrät-Füllung. Im Bereich zwischen (i) und (ii) lassen sich „marmorierte“ Produktstrukturen mit angepasster Fett-/Gel-Einlage realisieren, um typische Fleisch/Fett/Bindegewebe/Gel-Strukturen und verbundene sensorisch bevorzugte Textureigenschaften weitergehend einstellen.According to patent claims 2 and 3, the basic conditions for the accuracy of setting the degree of pore opening and the underlying total gas pore volume in the product, which should have or should have an open connection to the product surface, are specified. The resulting range from (i) a minimum of 10 vol.% total gas content (in pore form) with 5% open to (ii) a maximum of 80 vol.% total gas content (in pore form) with 90% open is relevant e.g. for foamed meat analogues In order to achieve, in case (i), e.g. easy penetration with intensively flavoring substances in fluid form, and in case (ii) e.g. 72% of the product volume with a fluid phase which gives consistency/texture and which may solidify after filling the pores, to penetrate homogeneously. In the latter case, application to meat analogues resulted in a scaffolding protein structure with e.g. vegan pie/sausage filling. In the area between (i) and (ii), "marbled" product structures with an adapted fat/gel insert can be realized in order to further adjust typical meat/fat/connective tissue/gel structures and associated sensory preferred texture properties.
Gemäß Anspruch 3 wird der gaserfüllte Volumenanteil auf 80 Vol.% begrenzt, da sich die erfindungsgemäßen auf eher feste Schaumprodukte bezogenen Porenöffnungsmechanismen bei zu fragilen Schäumen nicht mehr hinreichend zerstörungsfrei für das Gesamtprodukt übertragen lassen.According to
In den Ansprüchen 5 bis 6 wird die wichtige Rolle des Proteinanteils und der eingestellten denaturierten, gegebenenfalls anisotrop ausgebildeten Proteinstruktur hervorgehoben, da die bevorzugt in Betracht gezogenen Fleischanalog-Produkte den denaturierten, fibrillären Proteinstrukturen ihre fleischähnlichen Textureigenschaften maßgeblich verdanken.Claims 5 to 6 emphasize the important role of the protein content and the set denatured, possibly anisotropically formed protein structure, since the meat analog products that are preferably considered owe their meat-like texture properties to the denatured, fibrillar protein structures.
In den Ansprüchen 7 bis 9 finden Ingredienzien und deren Quantitäten Berücksichtigung, welche für die Einstellung der sensorischen und nutritiven entsprechender veganer Fleischanaloge von besonderer Bedeutung sind.
Die Ansprüche 10 und 11 adressieren eine überraschenderweise gefundene Besonderheit der erfindungsgemäßen geschäumten Produkte mit offenem Porenanteil, welche deren Volumen, Form, Struktur und Textur bezogene Rekonstituierbarbeit nach nahezu vollständiger Trocknung darstellt. Der Einfluss des Porenöffnungsgrades ist sowohl bei der Trocknung als auch bei der Rekonstitution für die Beschleunigung des Wassertransportes aus dem feuchten Produkt bzw. in das trockene Produkt von maßgeblichem Einfluss.
Lösung der Aufgabe betreffend das VerfahrenSolution of the task concerning the procedure
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 12 durch einstellbare Öffnung von im geschäumten Produkt eingeschlossenen Gasporen/Gasblasen zur Produktoberfläche hin realisiert, wobei wie in Anspruch 13 ergänzt wird, fünf physikalische Porenöffnungsmechanismen erfindungsgemäß zur definierten und kontrollierten Porenöffnung einzeln oder kombiniert eingesetzt werden. Diese Verfahren sind: (a) Porenöffnung durch rapiden Umgebungsdruckabfall (Flash-Opening, FOP), (b) Porenöffnung durch Zerteilen bzw. Schälen des Produktes (CUT-Opening, COP), (c) Porenöffnung durch multiple Nadelpenetration (Penetration-Opening, POP), (d) Porenöffnung durch forcierte Sekundär-Mischströmung (Mix-Opening, MOP) und e.) Porenöffnung durch Gefrierstrukturierung (Freeze-Opening, FOP). (b) und (c) basieren auf mechanischen, (a) und (d) auf thermodynamischen bzw. strömungsdynamischen Mechanismen und e.) auf einer Mischung aus beiden Kategorien.This object is achieved according to claim 12 by the adjustable opening of gas pores/gas bubbles enclosed in the foamed product towards the product surface, with five physical pore opening mechanisms being used individually or in combination according to the invention for defined and controlled pore opening. These methods are: (a) pore opening by rapid ambient pressure drop (flash opening, FOP), (b) pore opening by cutting or peeling the product (CUT opening, COP), (c) pore opening by multiple needle penetration (penetration opening), POP), (d) pore opening by forced secondary mixed flow (Mix-Opening, MOP) and e.) pore opening by freeze structuring (Freeze-Opening, FOP). (b) and (c) are based on mechanical, (a) and (d) on thermodynamic or fluid dynamic mechanisms and e.) on a mixture of both categories.
Einige VorteileSome advantages
Das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen lassen sich mit dem HMEC Extrusionsprozeß direkt koppeln und die zur Strukturierung der Proteinmatrix einzustellenden Extrusionsparameter zur Porenöffnung direkt übertragen. So kann für den Mechanismus der (a) Porenöffnung durch rapiden Umgebungsdruckabfall (Flash-Opening, FOP) der im Extruder aufgebaute statische Druck bis zum Düsenende soweit aufrechterhalten werden, dass eine hinreichend rapide und effiziente Restdruckentspannung zur Porenöffnung realisiert werden kann. Bei den Mechanismen (b) Porenöffnung durch Zerteilen bzw. Schälen des Produktes (CUT-Opening, COP) und (c) Porenöffnung durch multiple Nadelpenetration (Penetration-Opening, POP) wird die Bewegung bzw. kinetische Energie des Extrudatstranges am Düsenende zum Schneiden/Schälen oder zur Nadelpenetration genutzt. Zur Aktivierung des (d) Porenöffnungsmechanismus durch forcierte Sekundär-Mischströmung (Mix-Opening, MOP) wird ein Teil der kinetischen Strömungsenergie des Extrudatstranges zur Erzeugung einer walzenförmigen, für viskoelastische Massen zusätzlich periodisch oszillierenden Sekundärströmung genutzt, welche quer zur Strömung in Höhenrichtung der Extruder-Schlitzdüse eine Durchmischung bewirkt, die einhergehend geschlossene Schaumporen längt, zur Strangoberfläche hin bewegt und die Oberflächenstruktur derart, in der Intensität einstellbar „aufreißt“, dass ein somit ebenfalls einstellbarer Teil der entsprechend behandelten Poren zur Produktoberfläche hin geöffnet wird. Die Einstellbarkeit des Grades der Porenöffnung basiert dabei auf der Einstellbarkeit der Intensität der Misch-Sekundärströmung, welche wiederum über die Einstellung einer lokalen Schlitzdüsen-Höhenreduktion und die Transportgeschwindigkeit des Extrudat-stranges in weiten Grenzen einstellbar ist. Der Mechanismus (e) zur Porenöffnung durch Gefrierstrukturierung wird erfindungsgemäß auf Schaumstrukturen angewendet, um bei bevorzugt langsamer Gefriergeschwindigkeit vor allem große Eiskristalle zur Penetration von Materialzwischenwänden zwischen geschlossenen Poren zu penetrieren und diese damit in offene Poren umzuwandeln. Bei den präferiert betrachteten pflanzenproteinbasierten Fleischanalogen trägt der hohe Wassergehalt derselben (bis ≤ 60 Gew.%) zur Unterstützung der Eiskristallbildung bei.The method according to the invention and its configurations can be coupled directly to the HMEC extrusion process and the extrusion parameters to be set for structuring the protein matrix for the pore opening can be directly transferred. For the mechanism of (a) pore opening by rapid ambient pressure drop (flash opening, FOP), the static pressure built up in the extruder can be maintained up to the end of the die to such an extent that a sufficiently rapid and efficient residual pressure relaxation can be realized at the pore opening. With the mechanisms (b) pore opening by dividing or peeling the product (CUT-Opening, COP) and (c) pore opening by multiple needle penetration (Penetration-Opening, POP), the movement or kinetic energy of the extrudate strand at the end of the die is used for cutting/ peeling or used for needle penetration. To activate the (d) pore-opening mechanism through forced secondary mixed flow (mix-opening, MOP), part of the kinetic flow energy of the extrudate strand is used to generate a cylindrical secondary flow that also periodically oscillates for viscoelastic masses, which is transverse to the flow in the vertical direction of the extruder Slot nozzle causes a thorough mixing, which elongates closed foam pores, moves them towards the strand surface and "tears open" the surface structure in such a way that the intensity can be adjusted so that a part of the correspondingly treated pores, which can also be adjusted, is opened towards the product surface. The adjustability of the degree of pore opening is based on the adjustability of the intensity of the mixed secondary flow, which in turn can be adjusted within wide limits by adjusting a local slot nozzle height reduction and the transport speed of the extrudate strand. The mechanism (e) for pore opening by freeze structuring is applied according to the invention to foam structures in order to penetrate primarily large ice crystals for penetrating material partitions between closed pores at a preferably slow freezing rate and thus convert them into open pores. The high water content (up to ≤ 60% by weight) of the plant protein-based meat analogues considered as preferred helps to support the formation of ice crystals.
Weitere erfinderische AusgestaltungenMore inventive designs
Gemäß den Ansprüchen 14 bis 23 werden die Porenöffnungsverfahren mittels der Mechanismen (a) - (e) in ihrer verfahrenstechnischen Umsetzung detailliert. (a) mobilisiert Druckkräfte zum nach außen zur Produktoberfläche hin gerichteten Aufbruch von Porenbegrenzungen. (b) nutzt gezielte Schnittführungen zur Freilegung der Porenöffnungen. (c) schafft durch Nadelpenetration Verbindungskanäle zwischen den geschlossenen Produktporen und nach außen zur Produktoberfläche. (d) bezieht sich auf die Erzeugung von Sekundärströmungen in der Extruderkühldüse, um in der laminaren Schlitzdüsenströmung erzeugte weitgehend geschlossene Produkt-Haut-schichten durch Quervermischung in der Höhenkoordinatenrichtung des Düsenkanals aufzubrechen und zusätzliche oberflächliche Querkanäle/Querrinnen zu schaffen. Für die proteinreichen fleischanalogen Produktsysteme, welche vorrangig adressiert werden, lässt sich eine zusätzliche strömungsdynamische Besonderheit von viskoelastischen Fluidsystemen erfindungsgemäß vorteilhaft nutzen. Der sogenannte elastische Turbulenzeffekt (z.T. in der die Kunststoffverarbeitung betreffenden Literatur auch als „Schmelzebruch-Phänomen“ benannt) entsteht in Folge der elastischen Deformationsenergie-Speicherung in der konvergierenden Einlaufströmung einer erfindungsgemäß ausgeführten und im Düsenkanal definiert angeordneten, hinsichtlich Schlitzkanalverengung Verstellbaren SchlitzDüsen Apertur (VSDA) - Vorrichtung. In der divergierenden Auslaufströmung nach der Verengung entspannen sich die vorab gespeicherten elastischen Zugspannungen teilweise wieder durch elastische Rückdeformation des viskoelastischen Fluids (z.B. einer Proteinschmelze entsprechend bei HMEC extrudierten Fleischanalogen). Kleine Strömungsasymetrien bzw. die stochastische Varianz der elastischen Deformation bewirken die Ausbildung einer periodisch, sinusförmig oszillierenden walzenartigen Strömungsstörung. Wie sich überraschenderweise auf Basis rheologischer Labormessungen für eine Vielzahl an Polymerschmelzen zeigte, entwickelt sich das vorab beschriebene Sekundärströmungsphänomen bei einem Verhältnis der Ersten Normalspannungsdifferenz N1 zur Schubspannung τ ab einem Wert von N1/ τ ≥ 1.5 - 2 und wird in einem Bereich N1/ τ ≈ 4-5 besonders wirksam, um den beschriebenen erfindungsgemäßen Effekt der sinusförmig Oszillierenden Sekundär-Mischströmung (OSMS) im Nachlauf einer lokalen Schlitzdüsen-Spaltverengung zur Quervermischung in der Extruderdüse für die Porenöffnung zur Produktoberfläche hin, zielführend zu nutzen. Die OSMS kann somit im Bereich 2 ≤ τw / N1 < 5 in ihrer erfindungsgemäß verfahrensrelevanten Intensität eingestellt werden. τw und N1 sowohl in rheometrischen Labormessungen mittels Kegel-Platte Scherspalt als auch in hochdruckkapillarrheometrischen Messungen messbar. Letztere werden erfindungsgemäß auch direkt auf in-line Messungen in der Extruderschlitzdüse übertragen. Dies erfolgt erfindungsgemäß mittels statischen Druckprofil-Messungen im Düsenkanal vor und nach der lokalen Schlitzdüsen-Höhenreduktion oder auch alternativ in der Extruder-seitigen Düseneintrittszone. Erfindungsgemäß vereinfacht wird die Intensität der OSMS über die Amplitude der statischen Druckschwankung im Schlitzdüsenkanal vor oder nach der lokalen Schlitzdüsen-Höhenreduktion, gemessen. Die Einstellung einer maximalen elastisch-turbulenten OSMS über eine erfindungsgemäße, verstellbare Apertur zur lokalen Schlitzdüsen-Höhenreduktion wird gegebenenfalls dadurch begrenzt, dass ein zu stark fragmentierter Produktstrang am Düsenaustritt vermieden werden soll. Dies wird dadurch erreicht, dass die erfindungsgemäße, Verstellbare SchlitzDüsen Apertur (VSDA) Vorrichtung typischerweise in den ersten zwei Längendritteln der Extruderkühldüse in diese eingebaut wird. Damit wird der elastisch-turbulent durchmischte Produkt-strang in der nach der Apertur sich wiedereinstellenden laminaren Schichtenströmung teilweise wieder definiert vergleichmäßigt und Rissbildungen in der Struktur soweit erwünscht wieder graduell ausgeheilt. Um die erneute Ausbildung einer Hautschicht des Produktstranges mit einhergehendem Porenverschluss zur Produktoberfläche hin zu vermeiden, werden erfindungsgemäß der über die VSDA wie beschrieben einstellbare Grad der OSMS und die Länge der Extruderdüse im Apertur-Nachlauf abgestimmt, bzw. materialsystemspezifisch kalibriert.According to claims 14 to 23, the pore-opening processes are detailed in terms of their technical implementation by means of mechanisms (a)-(e). (a) mobilizes compressive forces to rupture pore boundaries outwards towards the product surface. (b) uses targeted incisions to expose the pore openings. (c) creates connection channels between the closed product pores and outwards to the product surface through needle penetration. (d) refers to the generation of secondary flows in the extruder cooling die in order to break up largely closed product skin layers generated in the laminar slot die flow by cross-mixing in the height coordinate direction of the die channel and to create additional superficial cross-channels/cross-channels. For the protein-rich, meat-analogous product systems, which are primarily addressed, an additional flow-dynamic feature of viscoelastic fluid systems can be advantageously used according to the invention. The so-called elastic turbulence effect (sometimes also referred to as the “melt fracture phenomenon” in the literature relating to plastics processing) arises as a result of the storage of elastic deformation energy in the converging inlet flow of a slot nozzle aperture (VSDA) that is designed according to the invention and arranged in a defined manner in the nozzle channel and is adjustable with regard to the slot channel narrowing. - Contraption. In the diverging outlet flow after the constriction, the previously stored elastic tensile stresses partially relax again through elastic reverse deformation of the viscoelastic fluid (eg a protein melt corresponding to HMEC extruded meat analogues). Small flow asymmetries or the stochastic variance of the elastic deformation cause the formation of a periodic, sinusoidally oscillating, roller-like flow disturbance. As was surprisingly shown on the basis of rheological laboratory measurements for a large number of polymer melts, the secondary flow phenomenon described above develops at a ratio of the first normal stress difference N 1 to the shear stress τ from a value of N 1 / τ ≥ 1.5 - 2 and is in a range N 1 / τ ≈ 4-5 particularly effective in order to use the described inventive effect of the sinusoidal oscillating secondary mixed flow (OSMS) in the wake of a local slot nozzle gap narrowing for cross mixing in the extruder nozzle for the pore opening towards the product surface. The OSMS can thus be set in the
Die Ansprüche 24 und 25 nehmen Bezug auf die Möglichkeit, die Produkte nach erfolgter Porenöffnung gemäß einem oder einer Kombination der Verfahren (a)-(e) zu trocknen, um damit eine verlängerte Haltbarkeit bei Umgebungstemperatur-Lagerung zu erzielen. Die Porenöffnung wirkt sich auf den Wassertransport beim Trocknen als auch bei der Rekonstitution erfindungsgemäß vorteilhaft beschleunigend aus.
Lösung der Aufgabe betreffend die VorrichtungSolution to the problem relating to the device
Diese Aufgabe wird durch Anspruch 26 unter Bezugnahme auf die fünf erfindungsgemäß differenzierten Porenöffnungsmechanismen (a-e) gelöst. Die nachfolgende Beschreibung der diesen Mechanismen zugehörigen Vorrichtungen wird durch die
Die erfindungsgemäß adressierten Porenöffnungsmechanismen nutzen mechanische, fluidmechanische oder thermodynamische Wirkprinzipe, um die Öffnung geschlossener Poren zur Produktoberfläche hin mittels einer:
- (a) Vorrichtungsvariante zur Einstellung eines rapiden Umgebungsdruckabfalls (Flash-Opening, FOP),
- (b) Vorrichtungsvariante zum Zerteilen bzw. Schälen des Produktes (CUT-Opening, COP) im Austrittsbereich der Extruderkühldüse,
- (c) Vorrichtungsvariante zur multiplen Nadelpenetration (Penetration-Opening, POP) direkt nach Austritt des teilgekühlten Produktes aus der Extruder-Kühldüse
- (d) Vorrichtungsvariante zur Erzeugung einer Sekundär-Mischströmung (Mix-Opening, MOP) in der Extruderkühldüse.
- (e) Vorrichtungsvariante zur Erzeugung großer Eiskristalle zur Schaumlamellen-Penetration mittels Gefrierstrukturierung (Freeze-Opening, FOP) in einer Nachbehandlung zur Quench-Kühlung nach Extruderkühldüsenaustritt, welche in einzelner oder gekoppelter Anwendung zu nutzen sind.
- (a) device variant for setting a rapid drop in ambient pressure (flash opening, FOP),
- (b) Device variant for cutting or peeling the product (CUT-Opening, COP) in the exit area of the extruder cooling nozzle,
- (c) Device variant for multiple needle penetration (penetration opening, POP) directly after the partially cooled product exits the extruder cooling nozzle
- (d) Device variant for generating a secondary mixed flow (mix opening, MOP) in the extruder cooling nozzle.
- (e) Device variant for generating large ice crystals for foam lamella penetration by means of freeze structuring (freeze opening, FOP) in a post-treatment for quench cooling after extruder cooling nozzle exit, which can be used in individual or coupled applications.
Kernelement der Vorrichtungen zur Aktivierung der Porenöffnungsmechanismen gemäß (a) und (d) ist eine Verstellbare SchlitzDüsenApertur (VSDA). Deren freie Querschnittsfläche für den Durchtritt des Extrudates entspricht im zu 100% geöffnetem Zustand exakt den Massen des freien Extruder-Schlitzdüsen Querschnitts. Für den Fall eines flachen, rechtwinkligen Extruderdüsen-Schlitzkanals sind in die obere und untere den Durchströmungsschlitz der Aperturvorrichtung begrenzenden Wand über die gesamte Schlitzbreite, rechtwinklig zur Strömungsrichtung jeweils ein angeschnittener drehbar gleitgelagerter Metallzylinder (2) in das Apertur-Gehäuse (1) dichtend eingelassen. Die Anschnittflächen dieser Zylinder sind bei vollständiger Aperturöffnung bündig mit der Strömungskanalwand (3). Von außerhalb des Apertur-Gehäuses (1) sind die Metallzylinder (2) von Hand oder mittels zweier Stellmotoren gesteuert bzw. geregelt verdrehbar einzustellen, sodass eine einseitige oder zur Düsenlängsachse symmetrische Verengung der Apertur erfolgt, welche bei einem Verdrehwinkel von 90° dem maximalen Verschlussgrad des Schlitzkanalquerschnitttes entspricht (weitere Details, siehe Beschreibung der Figuren,
Eine Aktivierung des Porenöffnungsmechanismus d) zur Erzeugung einer Sekundär-Mischströmung (Mix-Opening, MOP) in der Extruderkühldüse, kann alleine mittels der VDSA Vorrichtung erfolgen. Diese wird im Falle (d) in einer Position zwischen 10-95% der Düsenlänge gemessen vom Düsenaustrittsende in die Düse integriert. Dies gewährleistet im Falle einer stark desintegrierten Extrudatstruktur, dass diese auf der verbleibenden Düsenstrecke nach Aperturpassage wieder zu einem Teil reintegriert und damit ein Zerfallen des Extrudatstranges am Düsenaustritt vermieden wird.Activation of the pore-opening mechanism d) to generate a secondary mixed flow (mix-opening, MOP) in the extruder cooling nozzle can be carried out solely by means of the VDSA device. In case (d), this is integrated into the nozzle at a position between 10-95% of the nozzle length measured from the nozzle exit end. In the case of a severely disintegrated extrudate structure, this ensures that this reintegrates to a part on the remaining stretch of the die after the passage through the aperture, thus preventing the extrudate strand from disintegrating at the die outlet.
Zur Inanspruchnahme des Porenöffnungsmechanismus (a) in Folge schlagartiger Restdruckentspannung wird die VDSA Vorrichtung in einer Position zwischen 0-10% der Düsenlänge gemessen vom Düsenaustrittsende in die Düse integriert. Damit ist gewährleistet, dass erst kurz vor dem Düsenaustritt bzw. direkt am Düsenaustritt die schlagartige Entspannung des statischen Restdruckes und somit Porenöffnung zur Extrudatoberfläche hin erfolgt.To utilize the pore opening mechanism (a) as a result of sudden residual pressure release, the VDSA device is integrated into the nozzle in a position between 0-10% of the nozzle length measured from the nozzle outlet end. This ensures that the abrupt relaxation of the static residual pressure and thus the opening of the pores towards the extrudate surface only takes place shortly before the nozzle exit or directly at the nozzle exit.
Für den Fall einer zusätzlichen schlagartigen Beaufschlagung des Extrudates mit partiellem Vakuum zur Porenöffnung werden abgeschnittene Extrudatteile in einer separaten quasikontinuierlich arbeitenden Vakumiervorrichtung direkt nach dem Düsenaustritt nachbehandelt. Diese Zusatz-Behandlungsvariante wird bevorzugt bei weicheren Extrudaten vorgenommen, welche im Falle von Protein-basierten Fleischanalogen eine höhere Düsenaustrittstemperatur bzw. einen höheren Wassergehalt besitzen.If the extrudate is additionally suddenly subjected to a partial vacuum to open the pores, cut off extrudate parts are post-treated in a separate, quasi-continuously operating vacuum device directly after the nozzle outlet. This additional treatment variant is preferably carried out with softer extrudates which, in the case of protein-based meat analogs, have a higher die outlet temperature or a higher water content.
Bei Anwendung der Porenöffnungsvariante (c) zur multiplen Nadelpenetration (Penetration-Opening, POP) direkt nach Austritt des teilgekühlten Produktes aus der Extruder-Kühldüse sind in der erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung am Extrudedüsenaustritt zwei gegenläufig rotierende Hohlnadel- oder Widerhaken Filznadel-Walzen derart angebracht, dass die von beiden Seiten in das Extrudat eindringenden Nadeln ineinandergreifen und die Rotation der Nadelwalzen bevorzugt ohne Hilfsantrieb, alleine durch den Vorschub des Extrudates durch den Spalt zwischen den beiden Nadelwalzen erfolgt (weitere Details siehe Beschreibung der Figuren,
Bei Anwendung der Porenöffnungsvariante (c) mittels Zerteilen bzw. Schälen des Produktes (CUT-Opening, COP) im Austrittsbereich der Extruderkühldüse, wird eine Schneide-/Schälmesser Anordnung kurz vor Austritt oder direkt am Austritt des Extrudatstranges aus der Extruderdüse angeordnet. Damit wird der Extrudatstrangvorschub genutzt, um die Schneidekräfte zu realisieren. Innenliegende Schaumporen werden damit zur neu geschaffenen Produktoberfläche hin geöffnet. Dies ist insbesondere dann angezeigt, wenn sich in der Düsenströmung eine an Schaumporen verarmte „Hautschicht“ gebildet hat.When using the pore opening variant (c) by cutting or peeling the product (CUT-Opening, COP) in the exit area of the extruder cooling nozzle, a cutting/paring knife arrangement is arranged shortly before exiting or directly at the exit of the extrudate strand from the extruder nozzle. The extrudate strand feed is thus used to implement the cutting forces. Internal foam pores are thus opened towards the newly created product surface. This is particularly indicated when a "skin layer" with fewer foam pores has formed in the jet flow.
Einige VorteileSome advantages
Mit Ausnahme der zusätzlichen Vakuumbeaufschlagung zur Aktivierung des Porenöffnungsmechanismus (a) zur Einstellung eines rapiden Umgebungsdruckabfalls (Flash-Opening, FOP), sowie der Gefrierstrukturierung zur Aktivierung des Porenöffnungsmechanismus (e) zur Porenwandpenetration mittels Eiskristallen (Freeze-Opening FOP) sind alle weiteren Vorrichtungen einfach aufgebaut und direkt in bzw. mit der Extruderdüse gekoppelt angeordnet. Damit resultiert der besondere Vorteil der direkten Koppelbarkeit dieser Mechanismen und der zugehörigen Vorrichtungsvarianten. Alle diese Vorrichtungen sind verschmutzungsunempfindlich, mechanisch robust und einfach voreinstellbar, sodass es keiner weiteren Manipulationen während des Produktionsablaufes bedarf.With the exception of the additional vacuum application to activate the pore-opening mechanism (a) to set a rapid drop in ambient pressure (flash-opening, FOP), and the freeze structuring to activate the pore-opening mechanism (e) to penetrate the pore wall using ice crystals (freeze-opening FOP), all other devices are simple constructed and arranged directly in or coupled to the extruder nozzle. This results in the particular advantage of the direct linkability of these mechanisms and the associated device variants. All of these devices are insensitive to contamination, mechanically robust and easy to preset so that no further manipulations are required during the production process.
Die Porenöffnung ist mittels der erfindungsgemäß konfigurierten Vorrichtungen effektiv und reproduzierbar vorzunehmen, wobei die Güte und der Grad der Porenöffnung noch durch das Materialverhalten des Extrudates bestimmt wird. Dieses muss eine Grundfestigkeit bzw. Fließgrenze aufweisen, welche gewährleistet, dass die erzeugten offenen Poren nicht durch ein Zusammenfliessen der Matrixmasse wiederverschlossen werden. Durch die erfindungsgemäße vorteilhaft einfache Überlagerbarkeit der Porenöffnungsmechanismen (a)-(e) und der dafür vorgesehenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen kann auch für kritische, weiche Extrudate eine hinreichende Porenöffnungseffizienz gewährleistet werden.The pores can be opened effectively and reproducibly by means of the devices configured according to the invention, with the quality and degree of the pores being opened still being determined by the material behavior of the extrudate. This must have a basic strength or yield point which ensures that the open pores created are not closed again by the matrix mass flowing together. Due to the fact that the pore opening mechanisms (a)-(e) can be superimposed in an advantageous manner according to the invention and the devices according to the invention provided for this purpose, a sufficient pore opening efficiency can also be ensured for critical, soft extrudates.
Weitere erfinderische AusgestaltungenMore inventive designs
Gemäß den Ansprüchen 26 bis 35 werden die Vorrichtungen zur Porenöffnung mittels der Mechanismen (a) - (e) in ihren vorrichtungstechnischen Ausführungen weitergehend detailliert.
- (a) und (d) werden über die Anwendung der Verstellbaren SchlitzDüsenApertur (VSDA) wie in den Ansprüchen 27 und 30
bis 34 ausgeführt bestimmt, mit gegebenenfalls zusätzlichem Einsatz einer Nachvakumier-Vorrichtung im Falle (a) wie in Anspruch 27 einbezogen wird.
- (a) and (d) are determined via the use of the Adjustable Slot Nozzle Aperture (VSDA) as set out in claims 27 and 30 to 34, with the optional additional use of a post-vacuum device in case (a) as included in claim 27.
Die Vorrichtung zur Anwendung des Porenöffnungsmechanismus (b) mittels Zerteilen bzw. Schälen des Produktes (CUT-Opening, COP) wird in Anspruch 28 beschrieben. The device for applying the pore-opening mechanism (b) by means of cutting or peeling the product (CUT-Opening, COP) is described in claim 28.
Anspruch 29 nimmt Bezug auf die Vorrichtung zur Anwendung des Porenöffnungs-mechanismus (c) mittels Nadelpenetration.
Anspruch 35 beschreibt den Vorrichtungsrahmen zur Durchführung der Porenöffnung mittels Gefrierstrukturierung gemäß Mechanismus (e).
Weitergehend detaillierte Angaben die Ausführung der Vorrichtungen zur Porenöffnung betreffend, werden in der Beschreibung der
Lösung der Aufgabe betreffend die VerwendungSolution of the task regarding the use
Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 36 und 37 gelöst. Diese nehmen Bezug auf die bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Produkte als pflanzenprotein-basierte Fleischanaloge bzw. Hauptkomponenten derselben und beinhaltenden ebenfalls Menüs, hergestellt unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung.This object is solved by
Weitere erfinderische AusgestaltungenMore inventive designs
Anspruch 38 zeigt die erweiterbare Anwendung der erfindungsgemäßen Produkt-, Verfahrens- und Vorrichtungskonfigurationen auf weitere geschäumte bzw. aufschäum-bare Lebensmittelproduktgruppen auf, welche von einer Schaumporenöffnung für erweiterbare Möglichkeiten der Qualitäts- und Funktionalitätseinstellungen profitierten.
Einige VorteileSome advantages
Bisher mittels High Moisture Extrusion Cooking (HMEC) Technologie auf Pflanzenproteinbasis herstellbare, fibrillär strukturierte Fleischanaloge weisen eine kompakte Struktur auf, welche den umfassenden sensorischen Anforderungen der Konsumenten an wirklich vergleichbare Textur-, Geschmacks- und einigen nutritiven Eigenschaften von Fleisch nicht hinreichend nahekommen, um als wirkliche Alternative akzeptiert zu werden. Die erfindungsgemäß erzielbaren Produktstrukturen mit einstellbarem Verhältnis von geschlossenen und offenen Poren, lassen die für Fleischanaloge geforderten Attribute erfüllen, indem sie sich einerseits direkt positiv texturgebend (Zartheit, Knusprigkeit) und über die einfache Aufnahmefähigkeit von Fluidsystemen geschmacksgebend (Saftigkeit) zielführend nutzen lassen. Die grundsätzliche Nichtbeschränktheit des erfindungsgemäßen Technologiepaketes auf Fleischanaloge schafft darüber hinaus einen breiten Umsetzungshorizont für weitere geschäumte Lebensmittelsysteme. Umsetzungen auf pharmazeutische und kosmetische Produkte sowie auf Bau/Konstruktionsmaterialien sind ebenfalls avisierbare Anwendungshorizonte.Fibril-structured meat analogues that can be produced on a vegetable protein basis using High Moisture Extrusion Cooking (HMEC) technology to date have a compact structure that does not come close enough to the comprehensive sensory requirements of consumers for really comparable texture, taste and some nutritional properties of meat to be considered as real alternative to be accepted. The product structures that can be achieved according to the invention with an adjustable ratio of closed and open pores allow the attributes required for meat analogues to be met by being used purposefully on the one hand to give a positive texture (tenderness, crispiness) and on the other hand to give taste (juiciness) via the simple absorption capacity of fluid systems. The fundamental non-restriction of the technology package according to the invention to meat analogues also creates a broad implementation horizon for other foamed food systems. Implementations on pharmaceutical and cosmetic products as well as on construction/construction materials are also application horizons that can be notified.
In der Zeichnung ist die Erfindung - teils schematisch - beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen:
-
1 zeigt die erfindungsgemäße Verstellbare SchlitzDüsenApertur (VSDA) für eine flache Schlitzdüse. In1 gelten folgende Bezeichnungen: 1 = Apertur-Gehäuse, 2 = angeschnittener drehbar gleitgelagerter Metallzylinder - 2a in 0-Stellung mit freiem Strömungsquerschnit, 1b in Uhrzeigerrichtung gedreht, 2c in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht, 3 = Schlitzdüsenwand, 4a - 4c = Apertur-Einlaufströmung für die verschieden gedrehten Metallzylindereinstellungen gemäß 2a-2c, 5a - 5c = Apertur-Auslaufströmung für die verschieden gedrehten Metallzylindereinstellungen gemäß 2a-2c, 6 = Geometrische Bezeichnungen zur Positionierung der Metallzylinder, α = Drehwinkel der Metallzylinder, β = Winkel zwischen Metallzylindermittelpunkt und Kanten der Anschnittfläche des Metallzylinders.
-
1 shows the Adjustable Slot Nozzle Aperture (VSDA) according to the invention for a flat slot nozzle. In1 the following designations apply: 1 = aperture housing, 2 = cut, rotatable, slide-mounted metal cylinder - 2a in 0 position with free flow cross-section, 1b turned clockwise, 2c turned counterclockwise, 3 = slot nozzle wall, 4a - 4c = aperture inlet flow for the different rotated metal cylinder settings according to 2a-2c, 5a - 5c = aperture outlet flow for the various rotated metal cylinder settings according to 2a-2c, 6 = geometric designations for positioning the metal cylinders, α = angle of rotation of the metal cylinders, β = angle between the center of the metal cylinder and the edges of the gate surface of the metal cylinder .
Die Berechnungsgrundlagen zur definierten Höhenreduktion des Extruderdüsen- Flachschlitzkanals als Funktion des Drehwinkels δ der drehbar zu verstellenden Metallzylinder und als Funktion des Metallzylinderradius R1 sowie der Platzierung der Anschnittfläche (Winkel β) und der damit festgelegten Mittelpunktskoordinate R1 der Metallzylinder, sind in
Für den Fall eines flachen, rechtwinkligen Extruderdüsen-Schlitzkanals sind in die obere und untere den Durchströmungsschlitz der Aperturvorrichtung begrenzenden Wand über die gesamte Schlitzbreite, rechtwinklig zur Strömungsrichtung jeweils ein angeschnittener drehbar gleitgelagerter Metallzylinder (2) in das Apertur-Gehäuse (1) dichtend jedoch drehbar eingelassen. Die Anschnittflächen dieser Zylinder sind bei vollständiger Aperturöffnung bündig mit der Strömungskanalwand (3). Von außerhalb des Apertur-Gehäuses (1) sind die Metallzylinder (2) von Hand oder mittels zweier Stellmotoren verdrehbar einzustellen, sodass eine einseitige oder zur Düsenlängsachse symmetrische Verengung der Apertur erfolgt, welche bei einem Verdrehwinkel von 90° dem maximalen Verschlussgrad des Schlitzkanalquerschnitttes entspricht.In the case of a flat, right-angled extruder nozzle slot channel, in the upper and lower wall delimiting the through-flow slot of the aperture device, a cut, rotatable, slide-mounted metal cylinder (2) can be sealed in the aperture housing (1) over the entire slot width, but can be rotated at right angles to the direction of flow admitted. When the aperture is fully open, the gate surfaces of these cylinders are flush with the flow channel wall (3). From outside the aperture housing (1), the metal cylinders (2) can be rotated by hand or by means of two servomotors, so that the aperture is narrowed on one side or symmetrically to the longitudinal axis of the nozzle, which corresponds to the maximum degree of closure of the slot channel cross-section at a twist angle of 90°.
Für den Fall einer Ring-Schlitzdüse, welche für erhöhte Extrudatmassenströme Einsatz findet, wird der Mechanismus der Schlitzspalt-Höhenverstellung über eine konzentrische konische Ausführung von Düsengehäuse-Innenwand und einem axial verschiebbaren Stempel mit konischer Spitze, wie in
Für
Für die zusätzliche Nachbehandlung gemäß Anwendung des Porenöffnungsmechanismus (a) zur Porenöffnung durch rapiden Umgebungsdruckabfall (Flash-Opening, FOP) mittels partieller Vakuumbeaufschlagung wird die erfindungsgemässe Vorrichtung wie in
Für die Bezeichnungen in
POT2: Die erfindungsgemäß realisierte Vorrichtung zur Porenöffnung gemäß Mechanismus (c) mittels Zerteilen bzw. Schälen des Produktes (CUT-Opening, COP) appliziert im Austrittsbereich der Extruderkühldüse eine Schneide-/Schälmesser (gegebenenfalls Wasserstrahl- oder Laser-Schneidevorrichtungen) - Anordnung wie schematisch in
Als Bezeichnungen in
POT3: Die Vorrichtung zur Realisierung der Porenöffnung gemäß Mechanismus (c) zur multiplen Nadelpenetration (Penetration-Opening, POP) ist direkt nach dem Extruderdüsenaustritt angeordnet und kombiniert in der erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zwei gegenläufig rotierende Hohlnadel- oder Widerhaken Filznadel-Walzen, wobei die von beiden Seiten in das Extrudat penetrierenden Nadeln wie in
Als Bezeichnungen in
POT-4: Die Vorrichtung zur Realisierung der Porenöffnung gemäß Mechanismus d) zur Erzeugung einer Sekundär-Mischströmung (Mix-Opening, MOP) in der Extruderkühldüse, kann prinzipiell auf die Verstellbare SchlitzDüsenApertur (VSDA) Vorrichtung beschränkt bleiben, zur in-line Kontrolle der Intensität der eingestellten Sekundär-Mischströmung ist jedoch die Kopplung mit einer erfindungsgemäßen Messanordnung zur Ermittlung des statischen Druckes vor und nach der VSDA Vorrichtung angezeigt. Diese Druckmessanordnung ist in Kombination mit der VDSA Vorrichtung in den
Als Bezeichnungen in den
Für ausgeprägt viskoelastische Extrusionsfluide wie sie beispielsweise geschäumten Proteinschmelzen entsprechen wird die vorab bezeichnete VSDA erfindungsgemäß in weiterer Distanz zum Düsenaustritt in die Extruderdüse eingebaut als bei der Technologie POT-1. Bei viskoelastischen Produktfluidsystemen werden die vorgenannten Sekundärströmungen infolge einstellbarer Kanalquerschnitts-Verengung und -Wiederaufweitung maßgeblich forciert durch den Effekt der elastischen Turbulenz (Relaxation der elastischen Extranormalspannungen und resultierende Strang-Rückdeformation). Dieser Effekt kann bereits bei geringfügiger Schlitzdüsen-Querschnittsverengung ausgelöst sowie in seiner Ausprägung zur Erzeugung einer offenen Porenstruktur zielführend eingestellt und genutzt werden.For pronounced viscoelastic extrusion fluids, such as those corresponding to foamed protein melts, for example, the aforementioned VSDA is installed according to the invention at a greater distance from the die outlet in the extruder die than in the POT-1 technology. In the case of viscoelastic product fluid systems, the aforementioned secondary flows as a result of adjustable channel cross-section narrowing and widening are significantly forced by the effect of elastic turbulence (relaxation of the elastic extra-normal stresses and the resulting reverse deformation of the strand). This effect can be triggered even with a slight narrowing of the slot nozzle cross-section and its expression can be set and used in a targeted manner to create an open pore structure.
Hierzu erfolgen erfindungsgemäß, wie in
Aus P2 und P3 lässt sich die lokale Schubspannung τw an der Schlitzdüsenkanalwand und in Kenntnis des am Düsenaustritt ermittelten Produktvolumenstromes dV/dt, die Produktscherviskosität η ermitteln. Unter Miteinbezug von P1 besteht die Möglichkeit einen Düseneintritts-Druckverlust ΔPein zu ermitteln, welcher aus der Summe (i) eines viskosen Dehndruckverlustes ΔPD,ein unter Wirkung der Dehnviskosität des extrudierten Fluids sowie (ii) einem elastischen Druckverlustanteil ΔPE,ein in Folge elastischer Energiespeicherung, resultiert. Mittels der zusätzlichen statischen Druckmessung P5 kann zwischen den Messstellen für P5 und P2 aus P5-P2 eine rein elastische Kenngröße Fluidantwort durch Rückdeformation in Folge elastischer Spannungsrelaxation ermittelt werden. P2-P5 ist proportional zur sogenannten Ersten Normalspannungsdifferenz N1, welche in rheometrischen Labormessungen mittels Kegel-Platte Scherspaltgeometrie gemessen und mit den in-line ermittelten Werten verglichen bzw. eine Kalibration daraus abgeleitet werden kann. Aus P2-P5 lässt sich damit die elastische Komponente DPE,ein des Düseneintrittsdruckverlustes ΔPein ermitteln, und somit wird auch der komplementäre viskose Dehnanteil ΔPD,ein von ΔPein erhalten. Damit liegen durch die erfindungsgemäße Anordnung der Druckmessstellen P1-P3 und P4 separate rheologische Kennwerte für (a) die Scherviskosität, (b) die Dehnviskosität und (c) die Elastizität der extrudierten Masse unter den gegebenen Extrusionsbedingungen vor. Bei der Druckmessung P5 ist hier speziell zu beachten, dass diese nicht wie alle anderen Druckmessungen (P1-P4) über eine wandbündige Membran des Druckaufnehmers im Schlitzdüsenkanal erfolgt, sondern am Ende einer mit dem Extrusionsfluid gefüllten Kavität, welche zur Messung der Ersten Normalspannungsdifferenz aus P2-P5 einen in Strömungsrichtung erstreckten (schmalen) Rechteckquerschnitt (z.B.: bei 60 mm Düsenkanalbreite: 10 x 50 mm) aufweist. Die Druckmessung P4 erfolgt an einer Position im Schlitzdüsenkanal unmittelbar nach der mittels VSDA Vorrichtung erzeugten Verengung (Höhenreduktion des Schlitzdüsenkanals ΔH). Damit werden insbesondere durch eine forcierte Sekundär-Mischströmung im VSDA Nachlauf erzeugte periodische, statische Druckschwankungen DP4 (t) erfasst. Diese sind erfindungsgemäß ein Maß für die Mischintensität und die damit einhergehende Schaumporen-Öffnungseffizienz gemäß dem vorab bezeichneten und beschriebenen Mechanismus (d).From P2 and P3, the local shear stress τw on the slot nozzle channel wall and, knowing the product volume flow dV/dt determined at the nozzle outlet, the product shear viscosity η can be determined. With the inclusion of P1, it is possible to determine a nozzle inlet pressure loss ΔP in, which consists of the sum of (i) a viscous extensional pressure loss ΔP D,in under the effect of the extensional viscosity of the extruded fluid and (ii) an elastic pressure loss component ΔP E, in as a result elastic energy storage, results. By means of the additional static pressure measurement P5, a purely elastic parameter fluid response can be determined between the measuring points for P5 and P2 from P5-P2 through reverse deformation as a result of elastic stress relaxation. P2-P5 is proportional to the so-called first normal stress difference N1, which is measured in rheometric laboratory measurements using the cone-plate shear gap geometry and can be compared with the values determined in-line or a calibration can be derived from them. The elastic component DP E,in of the nozzle inlet pressure drop ΔP in can be determined from P2-P5, and the complementary viscous expansion component ΔP D,in of ΔP in is also obtained. The arrangement according to the invention of the pressure measurement points P1-P3 and P4 means that there are separate rheological parameters for (a) the shear viscosity, (b) the elongational viscosity and (c) the elasticity of the extruded mass under the given extrusion conditions. In the case of the pressure measurement P5, it should be noted that this is not carried out like all other pressure measurements (P1-P4) via a membrane of the pressure sensor flush with the wall in the slot die channel, but at the end of a cavity filled with the extrusion fluid, which is used to measure the first normal stress difference from P2 -P5 has a (narrow) rectangular cross-section extending in the direction of flow (eg: with a nozzle channel width of 60 mm: 10 x 50 mm). The pressure measurement P4 takes place at a position in the slot nozzle channel immediately after the constriction created by the VSDA device (reduction in height of the slot nozzle channel ΔH). In this way, periodic, static pressure fluctuations DP4(t) generated in particular by a forced secondary mixed flow in the VSDA wake are recorded. According to the invention, these are a measure of the mixing intensity and the associated foam pore opening efficiency according to the mechanism (d) identified and described above.
Wie in laborrheometrischen Messungen für eine Mehrzahl an polymeren Fluidsystemen überraschenderweise gefunden wurde, zeigt sich das „Elastische Turbulenzphänomen“ (in der Kunststoffindustrie auch Schmelzebruch genannt) in einem bestimmten Bereich des Verhältnisses von Erster Normalspannungsdifferenz zur Schubspannung N1(γw)/τ(γw) bei an der Schlitzdüsenkanalwand wirksamen Wandschergeschwindigkeit gw. Dieser Bereich liegt bei 2 ≤ N1(γw)/τ(γw) < 5. Die erfindungsgemäß genutzte Ausprägung des elastischen Turbulenzeffektes zur Nutzung des erfindungsgemäßen Mechanismus (d) der Schaumporenöffnung durch forcierte Sekundär-Mischströmung erfolgt bevorzugt im Bereich 2 ≤ N1(γw)/τ(γw) < 3.5-5. Bei Erhöhung dieses Verhältniswertes wird der Sekundär-Mischströmungseffekt graduell gesteigert. Abhängig von (i) der Rheologie des extrudierten Fluidsystems (hier bevorzugt Pflanzenprotein-basierte Schmelze zur Fleischanalog Herstellung) sowie der mittleren Strömungsgeschwindigkeit im Schlitzdüsenkanal wird die VSDA Vorrichtung hinsichtlich der Schlitzdüsen-Höhenreduktion so eingestellt, dass der beabsichtigte Grad an Sekundärmischströmung mit korreliertem Porenöffnungseffekt resultiert. Somit kann mittels stoffsystemspezifischer Kalibrierung ein quantitatives Kriterium für die Einstellung der VSDA-Schlitzöffnung zur Auslösung bzw. Einstellung einer graduellen Ausprägung des forcierten „elastisch-turbulenten Sekundärströmungs-Mischeffektes“ bestimmt werden, welches zur erfindungsgemäßen Porenöffnung mittels der POT-4 Technologie und dem damit ausgelösten Mechanismus (d) in einstellbarer Weise befähigt.As was surprisingly found in laboratory rheometric measurements for a large number of polymer fluid systems, the "elastic turbulence phenomenon" (also called melt fracture in the plastics industry) shows up in a certain range of the ratio of the first normal stress difference to the shear stress N 1 (γ w )/τ(γ w ) at wall shear rate g w effective on the slot nozzle channel wall. This range is 2 ≤ N 1 (γ w )/τ(γ w ) <5. The expression of the elastic turbulence effect used according to the invention for using the mechanism (d) according to the invention of the foam pore opening by forced secondary mixed flow preferably takes place in the
Die Ausprägung des für POT-4 genutzten viscoelastischen Sekundärströmungseffektes kann zu einer nahezu vollständigen Desintegration des Extrudatstranges führen. In der Kunststofftechnik wird dieses unerwünschte elastische Phänomen auch als „Schmelzebruch“ bezeichnet. Um dies zu vermeiden wird die VSDA Vorrichtung erfindungsgemäß > 0.2 LD (LD = Düsenlänge) vor dem Extruderdüsenende eingebaut. Dies hat zur Folge, dass der Extrudatstrang im Falle einer erfolgten Teildesintegration in der ungestörten Düsenströmung nach Durchtritt durch die VSDA wieder soweit „ausheilt“, dass ein kompakt zusammenhängender geschäumter, teil-offenporiger Produktstrang resultiert, ohne durch eine wiederholte strömungsbedingte „Hautbildung“ den durch die elastisch-turbulente Durchmischung erzielten Porenöffnungseffekt zunichte zu machen.The development of the viscoelastic secondary flow effect used for POT-4 can lead to an almost complete disintegration of the extrudate strand. In plastics technology, this undesirable elastic phenomenon is also referred to as "melt fracture". To avoid this, the VSDA device according to the invention >0.2 L D (L D = nozzle length) installed before the end of the extruder nozzle. The consequence of this is that the extrudate strand, in the event of partial disintegration in the undisturbed nozzle flow after passing through the VSDA, "heals" again to such an extent that a compact, cohesive, foamed, partially open-pored product strand results without the through repeated flow-related "skin formation". destroying the pore opening effect achieved by elastic-turbulent mixing.
Beispielhafte Darstellungen mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielter erfindungsgemäßer pflanzenproteinbasierter Fleischanalog-Produktstrukturen und Porenöffnungsgrade werden in den
Rahmenbedingungen für die nachfolgend gegebenen Beispiele sind:
- HMEC Extruder: Corotating Twin Screw BCTL Extruder der Bühler
AG mit Schneckendurchmesser 42 mm und einem Extruderlängen zu Schneckendurchmesser Verhältnis von L/D = 28. - Extruder Kühldüse: L = 1.85m, W = 60 mm, H = 15 mm
- Material/Basis-Rezeptur: 52.5% Wasser, 0.5% Öl, 41.2% Erbsenprotein-Isolat (PPI), Erbsenfaser 5.8%
- Prozessbedingungen: Schneckendrehzahl: 230 rpm; Massenstrom 37.5 kg/h; Düseneintrittstemperatur der Schmelze: 150°C; Extruderaustrittsdruck: 18 - 20bar, Düsen Kühltemperatur: 60°C
- HMEC extruder: Corotating twin screw BCTL extruder from Bühler AG with a screw diameter of 42 mm and an extruder length to screw diameter ratio of L/D = 28.
- Extruder cooling nozzle: L = 1.85m, W = 60mm, H = 15mm
- Material/basic recipe: 52.5% water, 0.5% oil, 41.2% pea protein isolate (PPI), pea fiber 5.8%
- Process conditions: screw speed: 230 rpm; mass flow 37.5 kg/h; Nozzle entry temperature of the melt: 150° C.; Extruder outlet pressure: 18 - 20bar, nozzle cooling temperature: 60°C
Beispiel 1 (s.
Unterschiedliche Grade der Porenöffnung wurden eingestellt mittels den überlagerten Porenöffnungsmechanismen durch (a) Rapiden Druckabfall (statische Restdruckentspannung) und (d) forcierte Sekundär-Mischströmung, erzeugt mittels am Düsenaustrittsende eingebauter Verstellbarer SchlitzDüsen-Apertur (VSDA) bei unterschiedlichen Einstellungen der Schlitzkanal Höhenreduktion ΔH / %:
- •
: ΔH ≈ 5% / resultierender Porenöffnungsgrad POG ≈ 3 - 5% - •
: ΔH ≈ 10% / resultierender Porenöffnungsgrad POG ≈ 10 -12% - •
: ΔH ≈ 50% / resultierender Porenöffnungsgrad POG ≈ 25 -30%
- •
: ΔH ≈ 5% / resulting degree of pore opening POG ≈ 3 - 5% - •
: ΔH ≈ 10% / resulting degree of pore opening POG ≈ 10 -12% - •
: ΔH ≈ 50% / resulting degree of pore opening POG ≈ 25 -30%
Die Ermittlung des Porenöffnungsgrades (POG) erfolgte gemäß:
- POG = VOP Volumen der offenen Poren/VGP Gesamtporenvolumen. VOP wurde ermittelt, indem eine extrudierte Probe für 5 s in Wasser bei Raumtemperatur (25°C) eingelegt und nach Entnahme der Strangoberfläche anhaftendes freies Wasser mittels Haushaltspapier in einem definierten schnellen Handhabungs-Procedere durch beidseitig einmaliges Auflegen auf eine Lage des Papiers für jeweils 1s, oberflächlich abgetrocknet. Aus der Differenzwägung vor und nach solcher Behandlung resultierte die in zur Produktoberfläche hin offene Produktporen durch Kapillarkräfte eingesaugte Wassermasse. Die Bestimmung von VGP erfolgte durch Volumen und Masseermittlung des extrudierten Produktes, woraus im Vergleich zum nicht geschäumten Produkt der Gasvolumenanteil bzw. Overrun (= relative Volumenzunahme durch Aufschäumung) ermittelt wurde.
- POG = VOP open pore volume/VGP total pore volume. VOP was determined by placing an extruded sample in water at room temperature (25°C) for 5 s and, after removing the strand surface, free water adhering to it using household paper in a defined, quick handling procedure by placing it on both sides once on a layer of paper for 1 s each , superficially dried. The difference in weight before and after such treatment resulted in the mass of water sucked into the product pores, which are open towards the product surface, by capillary forces. VGP was determined by determining the volume and mass of the extruded product, from which the proportion of gas volume or overrun (= relative increase in volume due to foaming) was determined in comparison to the non-foamed product.
Wie
Die in diesem Beispiel berücksichtigten hinsichtlich Porenöffnung unbehandelten Proben besassen einen Gasvolumenanteil nach Aufschäumung von ca. 25-35 Vol.% in ≥ ca. 98 % geschlossenen inneren Schaumporen.The samples taken into account in this example, untreated with regard to pore opening, had a gas volume fraction after foaming of approx. 25-35% by volume in ≧approx. 98% closed inner foam pores.
Beispiel 2 (s.
Die in diesem Beispiel berücksichtigten hinsichtlich Porenöffnung unbehandelten Proben besassen einen Gasvolumenanteil nach Aufschäumung von ca. 15 Vol.% in ≥ ca. 98 % geschlossenen inneren Schaumporen.The samples taken into account in this example, untreated with regard to pore opening, had a gas volume fraction after foaming of approx. 15% by volume in ≧approx. 98% closed inner foam pores.
Beispiel 3 (s.
Die in diesem Beispiel berücksichtigten hinsichtlich Porenöffnung unbehandelten Proben besassen einen Gasvolumenanteil nach Aufschäumung von ca. 30 Vol.% in ≥ ca. 98 % geschlossenen inneren Schaumporen. Der erzielte Porenöffnungsgrad (POG) beträgt ca. 18-20%.The samples taken into account in this example, untreated with regard to pore opening, had a gas volume fraction after foaming of approx. 30% by volume in ≧approx. 98% closed inner foam pores. The degree of pore opening (POG) achieved is approx. 18-20%.
Beispiel 4 (s.
Zur Anreicherung der beispielhaft beschriebenen pflanzenproteinbasierten Fleischanaloge mit sensorisch (Aroma, Geschmack) sowie nutritiv (B-Vitamine, Mineralien (Fe, Zn)) wird ein Gesamtvolumen an offenen Poren von 2-5% als hinreichend bewertet. Für die Erhöhung der Produktsaftigkeit sind ≥ 10%, abhängig vom Wassergehalt der Produktmatrix relevant.A total volume of open pores of 2-5% is rated as sufficient for enriching the plant protein-based meat analogues described as an example with sensory (aroma, taste) and nutritional (B vitamins, minerals (Fe, Zn)). ≥ 10% are relevant for increasing product juiciness, depending on the water content of the product matrix.
Die in den Patentansprüchen und in der Beschreibung beschriebenen sowie aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The features described in the patent claims and in the description and evident from the drawing can be essential for the realization of the invention both individually and in any combination.
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